CN105573196A - 一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，包括一块刚柔一体化印制板、内部框架、惯性测量组件组成；刚柔一体化印制板通过紧固件安装在内部框架上，形成一个六面体，六面体的内部空间用来安装惯性测量组件及其底座；刚柔一体化印制板由七块刚性板、六块柔性板组成，七块刚性板分别用于布局各个功能模块的电路，包括主控板、电源板、接口板、舵机控制板、舵机驱动板、激活控制板、1553B总线及电源采样板，六块柔性板分别实现主控板与电源板、主控板与接口板、主控板与1553B总线及电源采样板、主控板与舵机控制板、舵机控制板与舵机驱动板、激活控制板与1553B总线及电源采样板之间的信号传输。

Description

一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器
技术领域
本发明涉及一种飞行控制器，特别是一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，可用于各类航空制导炸弹的导航及控制。
背景技术
目前我国现有航空制导炸弹所用的飞行控制器普遍采取的模式为主控计算机、导航系统、姿态测量控制系统等各单机分立工作，在单机性能指标、系统组成、接口、供电、结构、软件处理能力等方面均存在较大冗余，带来的后果则是系统集成度低、体积重量庞大、成本居高不下。为了实现航空制导炸弹的低成本、小型化设计，提高系统的有效载荷及能源分配比重，对飞行控制器提出了降低尺寸、提高集成度的一体化优化设计需求。在对飞行控制器进行集成设计时由于功能的集中使得电路板和传输信号数量剧增，传统的板间接插件占据了电路板上的大量面积，为保证电路实际使用面积不得不加大电路板的尺寸，板间接插件的高度也增加了飞行控制器的长度，多块电路板通过板间接插件串接在一起加大了电路调试的难度，生产效率较低，不符合航空制导炸弹对飞行控制器低成本、小型化的使用要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，通过一块刚柔一体化印制板实现主控计算机、舵机驱动控制、惯性测量、GPS/北斗导航、1553B总线、外设接口及各类激活控制信号的功能集成，提高飞行控制的集成度；使用柔性板代替电路板间接插件，增加电路板的有效使用面积；利用柔性板的可弯折性，使多块刚性板通过框架式结构形成一个六面体，利用其内部空间安装惯性测量组件，减小飞行控制器的尺寸，节省弹上设备空间，便于操作和使用；可通过弯折柔性板，对其所连接的刚性板正反面任何电路进行测试调试，降低调试难度。
本发明的技术方案是：基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，包括一块刚柔一体化印制板、内部框架、惯性测量组件；刚柔一体化印制板通过紧固件安装在内部框架上，形成六面体结构；六面体的内部空间用来安装惯性测量组件；刚柔一体化印制板由七块刚性板、六块柔性板组成，七块刚性板分别用于布局各个功能模块的电路，包括主控板、电源板、接口板、舵机控制板、舵机驱动板、激活控制板、1553B总线及电源采样板，六块柔性板分别实现主控板与电源板、主控板与接口板、主控板与1553B总线及电源采样板、主控板与舵机控制板、舵机控制板与舵机驱动板、激活控制板与1553B总线及电源采样板之间的信号传输。
在内部框架的侧面棱柱上共打有16个安装孔，孔的位置与刚柔一体化印制板的刚性板上的孔相对应，刚柔一体化印制板在柔性板的弯折作用下，使其接口板、电源板、激活控制板、1553B总线与电源采样板通过紧固件安装在内部框架的外面，形成一个六面体；六面体的内部空间用于放置惯性测量组件，内部框架的下部共打有4个安装孔，通过紧固件与惯性测量组件进行连接；内部框架的上部共打有4个孔，通过紧固件与主控板进行连接，舵机控制板在柔性板的弯折作用下，通过4个垫柱平行安装于主控板的上方；舵机驱动板在柔性板的弯折作用下，通过4个垫柱平行安装于舵机控制板的上方，再通过紧固件进行固定。
所述主控板包括主处理器、非易失性数据存储器、现场可编程门阵列逻辑器件及其配置芯片、系统复位芯片、晶振以及数字电路的供电电源；接口板包括惯性测量组件信号接口、外设信号接口、GPS/北斗导航模块；电源板包括输入28V电源的滤波电路以及输出电源的DCDC模块；舵机控制板对主控模块输出的脉宽调制信号进行逻辑转换、保护光耦隔离；舵机驱动板对舵机控制板输出的脉宽调制信号进行功率放大；激活控制板将P型MOS管进行串联的方式输出外接设备的开关、激活控制信号，输出端串联不同的功率电阻来满足不同外接设备对信号的电流的不同要求；1553B总线及电源采样板实现1553B总线信号电平转换机电源模拟信号的采样和转换。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明的硬件电路在一块刚柔一体化印制板上设计完成，突破一块电路板最多同时与两块板连接的限制，减少了板间信号的穿越，同时消除了使用板间接插件带来的电路有效使用面积减少和高度增加的问题；
(2)本发明采用框架式结构，并将惯性测量组件安装在框架式结构的内部，充分利用了空间，降低了飞行控制器的尺寸；
(3)本发明使用的刚柔一体化印制板可对柔性板进行多次和较大曲度的弯折，在调试过程中可以随意摆放板卡，减小了调试难度；并使得刚柔一体化印制板最终的结构安装形式具有较大的灵活性，使飞行控制器的结构可以更好地适应不同载体的需求；
(4)本发明以主控单元为核心集成了惯性测量组件、GPS/北斗导航模块、大功率全数字化舵机驱动控制模块，使得整个控制系统的数据处理器、数据存储器、可编程逻辑器件、对外数据接口、电气接口、电缆、结构均得到精简，通过提高集成度减少了体积、尺寸和重量，降低了硬件成本；
(5)本发明的接口丰富，且接口均为现场可编程门阵列器件进行逻辑扩展而成，仅在逻辑以及外围电路上稍作修改则可实现接口的裁减，也可方便地扩展预留接口，使得飞行控制器本身的通用性较强。
附图说明
图1是飞行控制器的结构图。
图2是飞行控制器的刚柔一体化印制板平面展开图。
具体实施方式
本发明提出的一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，结合附图及实施例详细说明如下。
如图1所示，一种基于刚柔一体化印制板的飞行控制器由一块刚柔一体化印制板1、内部框架2、垫柱3、惯性测量组件4组成，内部框架24个侧面的棱柱上共打有16个安装孔，孔的位置与刚柔一体化印制板1的刚性板上的孔相对应，刚柔一体化印制板1在柔性板的弯折作用下，使其接口板、电源板、激活控制板、1553B总线与电源采样板通过紧固件安装在内部框架2的外面，形成一个六面体；六面体的内部空间用于放置惯性测量组件4。惯性测量组件由三轴陀螺与三轴加速度计组成，通过结构设计保证三个轴正交，内部框架2的下部共打有4个安装孔，通过紧固件与惯性测量组件4进行连接；内部框架2的上部共打有4个孔，通过紧固件与主控板进行连接，舵机控制板在柔性板的弯折作用下，通过4个垫柱3平行安装于主控板的上方；舵机驱动板在柔性板的弯折作用下，通过4个垫柱3平行安装于舵机控制板的上方，再通过紧固件进行固定。
如图2所示，刚柔一体化印制板1由七块刚性板、六块柔性板组成，七块刚性板分别用于布局各个功能模块的电路，包括主控板、接口板、电源板、舵机控制板、舵机驱动板、激活控制板、1553B总线及电源采样板；主控板包括主处理器、非易失性数据存储器、现场可编程门阵列逻辑器件及其配置芯片、系统复位芯片、晶振以及数字电路的供电电源；接口板包括惯性测量组件信号接口、外设信号接口、GPS/北斗导航模块；电源板包括输入28V电源的滤波电路以及输出5V、±15V等电源的DCDC模块；舵机控制板对主控模块输出的脉宽调制信号进行逻辑转换、保护光耦隔离；舵机驱动板对舵机控制板输出的脉宽调制信号进行功率放大；激活控制板将P型MOS管进行串联的方式输出外接设备的开关、激活控制信号，输出端串联不同的功率电阻来满足不同外接设备对信号的电流的不同要求；1553B总线及电源采样板实现1553B总线信号电平转换机电源模拟信号的采样和转换；六块柔性板分别实现主控板与电源板、主控板与接口板、主控板与1553B总线及电源采样板、主控板与舵机控制板、舵机控制板与舵机驱动板、激活控制板与1553B总线及电源采样板之间的信号传输。
上电后由主控板的主处理器从非易失性数据存储器中自动加载预定的飞行控制程序，进行对外接设备的开关、激活和通信，完成飞行器飞行过程中的量测信息采集、导航、制导、姿控解算、闭环实时控制舵机调整飞行器姿态。还可作为惯性测量单元输出高精度的三轴角速度和加速度，也可作为卫星导航接收机输出GPS/北斗导航信息。
刚柔一体化印制板1的一种设计尺寸为：主控板64mm×64mm，接口板64mm×83mm，电源板64mm×83mm，舵机控制板64mm×64mm，舵机驱动板64mm×64mm，激活控制板64mm×83mm，1553B及电源采样板64mm×83mm；舵机控制板与舵机驱动板之间的柔性板14mm×42mm，其余5块柔性板9mm×56mm；内部框架2的一种设计尺寸为：64mm×64mm×83mm；惯性测量组件4的一种设计尺寸为58mm×54mm×65mm。由此设计的最终飞行控制器的尺寸为：Φ140mm×107mm。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，其特征在于：包括一块刚柔一体化印制板(1)、内部框架(2)、惯性测量组件(4)；刚柔一体化印制板(1)通过紧固件安装在内部框架(2)上，形成六面体结构；六面体的内部空间用来安装惯性测量组件(4)；刚柔一体化印制板(1)由七块刚性板、六块柔性板组成，七块刚性板分别用于布局各个功能模块的电路，包括主控板、电源板、接口板、舵机控制板、舵机驱动板、激活控制板、1553B总线及电源采样板，六块柔性板分别实现主控板与电源板、主控板与接口板、主控板与1553B总线及电源采样板、主控板与舵机控制板、舵机控制板与舵机驱动板、激活控制板与1553B总线及电源采样板之间的信号传输。
2.根据权利要求1所述的基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，其特征在于：在内部框架(2)的侧面棱柱上共打有16个安装孔，孔的位置与刚柔一体化印制板(1)的刚性板上的孔相对应，刚柔一体化印制板(1)在柔性板的弯折作用下，使其接口板、电源板、激活控制板、1553B总线与电源采样板通过紧固件安装在内部框架(2)的外面，形成一个六面体；六面体的内部空间用于放置惯性测量组件(4)，内部框架(2)的下部共打有4个安装孔，通过紧固件与惯性测量组件进行连接；内部框架的上部共打有4个孔，通过紧固件与主控板进行连接，舵机控制板在柔性板的弯折作用下，通过4个垫柱(3)平行安装于主控板的上方；舵机驱动板在柔性板的弯折作用下，通过4个垫柱(3)平行安装于舵机控制板的上方，再通过紧固件进行固定。
3.根据权利要求1或2所述的基于刚柔一体化印制板的飞行控制器，其特征在于：所述主控板包括主处理器、非易失性数据存储器、现场可编程门阵列逻辑器件及其配置芯片、系统复位芯片、晶振以及数字电路的供电电源；接口板包括惯性测量组件信号接口、外设信号接口、GPS/北斗导航模块；电源板包括输入28V电源的滤波电路以及输出电源的DCDC模块；舵机控制板对主控模块输出的脉宽调制信号进行逻辑转换、保护光耦隔离；舵机驱动板对舵机控制板输出的脉宽调制信号进行功率放大；激活控制板将P型MOS管进行串联的方式输出外接设备的开关、激活控制信号，输出端串联不同的功率电阻来满足不同外接设备对信号的电流的不同要求；1553B总线及电源采样板实现1553B总线信号电平转换机电源模拟信号的采样和转换。
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